低维磁各向异性单体的磁结构电子全息研究

发布时间：2020-06-06 01:20

【摘要】：低维磁性材料单体是近年来材料科学与凝聚态物理研究的热点之一,原因不仅在于它们呈现新奇的物理性质所具有的重要基础研究价值,而且在高密度存储、自旋电子器件、磁性纳米药物、磁性传感器等方面有广泛的应用前景。在实际研究和应用中,低维磁性材料单体尺度一般在纳米尺度,其磁学性质,磁畴结构都会有较大的变化,其磁结构与材料磁各向异性、微观结构之间的关系也需要进一步的研究和认知。本文中,我们通过透射电镜、电子全息技术以及OOMMF(微磁学模拟软件),系统地研究了磁各向异性材料铝镍钴合金、纳米结构钡铁氧体、镍铁氧体单颗粒纳米线、钴铁氧体纳米片的磁畴结构、样品形貌、晶体结构及其与磁性能、磁各向异性之间的关系。主要结果如下:(1)利用透射电镜、离轴电子全息研究了形状各向异性主导的Al NiCo合金磁结构及其矫顽力机制。AlNiCo合金在磁热处理时,调幅分解形成非磁性相α2和强磁性相α1相,棒状α1相呈棋盘状分布在基质α2相中。研究两种型号的Al NiCo合金,36Co和40Co,表明36Co中α1相具有更大的直径以及更大的体积分数。电子全息研究表明铝镍钴合金的磁性来源于α1相的形状各向异性以及α2相的磁性隔离作用,结合理论计算和微磁学模拟,表明36Co和40Co的磁化过程均为非一致翻转,α1相的几何结构以及相邻α1相之间的间距是影响铝镍钴合金磁性能的主要因素。(2)利用球差透射电镜、电子全息、微磁学模拟研究了高磁晶各向异性单轴钡铁氧体单颗粒链纳米线的磁矩分布,与纳米线形状、颗粒取向、晶体结构之间的关系。采用商业的纳米片以及静电纺丝合成的钡铁氧体单颗粒链纳米线作对比实验,结果表明多晶结构的纳米片呈现磁涡旋的结构,单晶的纳米片以及单颗粒链纳米线的磁力线分布均沿着易轴即[001]晶带轴。对于单轴的单晶磁性纳米材料,其磁晶各向异性决定了其磁化分布,形状各向异性基本没有影响,以上结果均在OOMMF中得到了验证。(3)研究低磁晶各向异性尖晶石立方结构NiFe_2O_4单颗粒链纳米线的动态磁化行为及磁结构与其形状,晶体结构之间的关系。利用电子全息研究了镍铁氧体动态磁化翻转过程,并得到了其对应的磁滞回线,单颗粒链纳米线的矫顽力达到450 Oe远大于粉末的200 Oe.结合微磁学模拟表明在镍铁氧体单颗粒纳米线中,形状各向异性决定其磁化分布,而磁晶各向异性起作用较小。(4)初步研究较高磁晶各向异性立方尖晶石结构CoFe_2O_4纳米片结构、性质以及纳米片磁结构与其尺寸,形状和磁晶各向异性之间的关系。本实验利用静电纺丝的方法尝试制备了CoFe_2O_4纳米片,并用XRD、VSM和TEM对其进行了表征,其饱和磁化强度76 emu/g,矫顽力为556 Oe并具有典型的尖晶石立方结构,纳米片尺寸分布不均,分布范围80-500 nm。并利用电子全息研究了纳米片的CoFe_2O_4退磁态的磁化分布。实验结果表明纳米片的磁畴结构由其磁晶各向异性和其形状各向异性共同决定。同时样品尺寸和几何结构也会对样品的磁结构产生明显的影响。
【图文】：

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图 1.1 普通铁磁性材料的磁滞回线图本论文主要研究的是硬磁材料，其磁学理论是以磁畴结构为基础的理论，其中与矫顽力机制相关联的有磁矩转变、畴壁变化、单畴磁体和超顺磁体等理论首先磁矩转变和畴壁位移决定了材料的矫顽力机制，对于以畴壁位移来反磁化的材料，其矫顽力来源于反向磁畴的形核以及畴壁钉扎。而对于以磁矩转变为反磁化方式的材料，其矫顽力来源于各种磁各向异性对磁矩翻转的阻碍。其次对于单畴颗粒来说，当其颗粒尺寸小于某个临界大小时，颗粒中只存在一个磁畴不存在畴壁，其磁矩的翻转过程只出现磁矩的转变。因而具有高矫顽力和低磁导率。另外当颗粒尺寸小于单畴临界尺寸时，颗粒的热扰动将使磁矩不再固定在易轴上抵抗反磁化的能力变弱，矫顽力降低即超顺磁体。1.3.3 磁各向异性（形状各向异性和磁晶各向异性）磁各向异性是指材料在不同方向外加磁场的作用下，，其表现出的磁化曲线也

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州大学博士研究生学位论文绪)六角单晶体的磁晶各向异性对于六角晶系单晶体，其易轴若是单晶体样品的六重对称轴，则其易轴仅个，所以六角晶体也称为单轴晶体。由于一个轴一般有正反两个方向，所以单晶体有两个易磁化方向，两者对应的磁晶各向异性能以及磁化曲线肯定也
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O469

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